[發明專利]鎖定減少的基于MEMS的環形激光陀螺儀

無效

• 申請號: 201280058124.4
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103959013A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: D·A·M·科哈利爾;K·H·莫哈默德阿梅德;A·S·舍布爾薩勒姆;M·阿拉耶德;F·阿爾杰克赫達布
• 申請（專利權）人: 斯維爾系統;阿卜杜勒阿齊茲國王科技城
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66;G01C19/70
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請的交叉引用

本國際申請依照35U.S.C.§119(e)要求2011年9月29日提交的待審查的標題為“MEMS?Based?Ring?Laser?Gyroscope(RLG)with?Reduced?Lock-in”(代理人案號BASS01-00011)的序列號61/540971的美國臨時專利申請的優先權，其全部內容為了所有目的通過參考合并于此，并且作為本國際申請的部分。

技術領域

本發明大體上涉及環形激光陀螺儀設計，并且特別涉及環形激光陀螺儀設計中微機電系統(MEMS)技術的使用。

背景技術

環形激光陀螺儀(RLG)是測量某個平臺的角位移率的儀器。RLG通常包括被設計并制造為以環形配置工作的激光器系統。最熟悉的RLG形式使用直徑在30cm范圍內的氦氖(HN)環形激光器建造。

RLG的工作原理是基于在環形激光器腔中傳播光束的兩個計數器之間的跳動。在穩態下，該兩個波束圍繞腔行進相等距離，并因此具有相等的工作波長(光學頻率)。當系統以某一指定角位移率旋轉時，由于Sagnac效應，一個波束圍繞腔經歷比另一波束大的距離，結果，在兩個不同波長下生成兩個波束。兩個波束之間的光程差與腔的轉速成正比，并且類似地，光頻差。這種差異能夠被檢測為在環形激光器中以順時針(CW)和逆時針(CCW)方向傳播的兩個波之間的拍頻。

為了減少RLG的成本和尺寸，最近已經建議使用半導體激光器。然而，由于RLG的比例因子與旋轉波束包圍的面積成正比，所以通過使用集成半導體環形激光器技術的RLG的小型化可能大大影響其性能。因此，已經提出半導體激光器，其被與光纖環一起使用以增加該裝置的面積，并因此提高其比例因子和靈敏度。

RLG系統中的一個主要問題是在低轉速下兩個傳送波束之間的耦合和鎖定。由于該光學腔的性質，在反射器界面處發生散射機制。這種散射導致能量被從CW波束耦合到CCW波束，并且反之亦然。這個耦合能夠使兩個波束在被稱作模式鎖定的現象中被拉到同一頻率，這嚴重地限制了RLG器件的靈敏度。

在近年來，已經提出各種消除或減少RLG中的鎖定的方式。一種方法使用機械抖動機構作為用于轉動的DC偏置。然而，這個方法必須增加RGL的尺寸、重量和成本。

另一種方法在使用磁鏡或相調制的環中引入各向異性。這種方法基于使用兩個或多個反射器，所述反射器在某一被同步的機構中線性振動。還另一種方法使反射器以傾斜方式移動。為了消除來自反射器的機械運動的機械噪聲，也已經提出根據量子阱鏡的解決方法。然而，所有這些方法利用體積光學配置，其必須增加RLG的尺寸和成本。另外，由于尺寸增加，不同鏡配置的光學對準和同步可能困難。

因此，存在對尺寸和成本減少并且也減少鎖定的RLG的需要。

發明內容

本發明的實施例提供了環形激光陀螺儀，其包括用于生成第一和第二光束的主動增益介質、第一和第二光束反向傳播通過的閉合光路、在閉合光路內的第一和第二可動反射鏡，以及微機電系統(MEMS)致動器，MEMS致動器被耦合到第一和第二可動反射鏡，以引起其各自的位移，所述位移導致第一和第二光束相對于彼此的相位調制，從而對應于虛擬轉動，在第一和第二光束之間建立光程差而減小鎖定。

在一個實施例中，主動增益介質包括半導體激光器。在另一個實施例中，主動增益介質包括光纖放大器。在任一實施例中，第一和第二個反射鏡可以為金屬的或電介質的，并且可在同一方向或相反方向移動。此外，單個MEMS致動器可以控制第一和第二反射鏡兩者，或者每個反射鏡可以由不同MEMS致動器分開控制。

在進一步實施例中，一個或多個附加反射鏡可以被放在閉合光路中，以引導所述光束。在這種實施例中，第一和第二反射鏡可以為立方角反射鏡。

在還進一步的實施例中，第一和第二反射鏡和MEMS致動器可以被制造在絕緣體上硅(SOI)晶片上。主動增益介質可以被進一步制造在所述SOI晶片或單獨的SOI晶片上。當主動增益介質被制造在單獨的SOI晶片上時，閉合光路可以進一步包括耦合在兩個SOI晶片之間的光纖。